Стивен Прата - Язык программирования C. Лекции и упражнения (6-е изд.) 2015

Таблица 3.1. Ключевые слова для типов данных в языке С

Ключевым словом int обозначается основной класс целых чисел, применяемых в С. Следующие три ключевых слова (long, short и unsigned) и добавленное стандартом С90 ключевое слово signed используются для указания вариаций этого базового типа, например, unsigned short int и long long int. С помощью ключевого слова char определяются символьные данные, к которым относятся буквы алфавита и другие символы, такие как #, $, % и *. Тип данных char можно также применять для представления небольших целых чисел. Типы float, double и long double служат для представления чисел с плавающей запятой. Тип данных Bool используется для булевских значений (true и false), а типы данных Complex и Imaginary представляют, соответственно, комплексные и мнимые числа.

82 Глава 3

Типы данных, создаваемые с помощью указанных ключевых слов, могут быть разделены на два семейства на основе того, как они хранятся в памяти компьютера: целочисленные типы и типы с плавающей запятой.

Биты, байты и слова

Для описания элементов компьютерных данных или элементов компьютерной памяти могут применяться термины бит, байт и слово. Второму термину уделяется основное внимание.

Минимальная единица памяти называется битом, который может хранить одно из двух значений: 0 или 1. (Иногда говорят, что бит “включен” или “выключен”.) Конечно, водном бите много информации сохранить не получится, но в компьютере их имеется огромное количество. Бит является базовым строительным блоком для памяти компьютера.

Байт — это наиболее часто используемая единица памяти компьютера. Практически на всех машинах байт состоит из 8 битов, и это является стандартным определением байта, по крайней мере, когда речь идет об измерении объема памяти. (Однако, как будет показано в разделе “Использование символов: тип char" далее в главе, в языке С имеется другое определение.) Поскольку бит может принимать значение 0 или 1, байт обеспечивает 256 (т.е. 2 8) возможных комбинаций нулей и единиц. Эти комбинации могут использоваться, например, для представления целых чисел от 0 до 255 или набора символов. Числа можно записывать посредством двоичного кода, в котором для представления чисел применяются только нули и единицы. (Двоичный код подробно рассматривается в главе 15, и при желании можете ознакомиться с начальными сведениями из указанной главы прямо сейчас.)

Слово — это естественная единица памяти для компьютера конкретного типа. В 8-разрядных микрокомпьютерах, таких как первые машины Apple, слово состояло из 8 битов. С тех пор персональные компьютеры перешли на 16-битные, 32-битные, а в настоящее время и 64-битные слова. Большие размеры слова позволяют быстрее передавать данные и делают доступным больший объем памяти.

Сравнение целочисленных типов и типов с плавающей запятой

Целочисленные типы? Типы с плавающей запятой? Если эти понятия выглядят совершенно незнакомыми, не переживайте. Вскоре будут предоставлены краткие пояснения. Если же вы не знаете, что такое биты, байты и слова, то первым делом прочитайте приведенную выше врезку. Должны ли вы изучить все до мельчайших деталей? Не обязательно. Вы ведь не обязаны знать все принципы работы двигателя внутреннего сгорания лишь для того, чтобы водить автомобиль; однако наличие некоторого представления о том, что именно происходит внутри компьютера или двигателя, иногда может помочь.

Для человека различие между целыми числами и числами с плавающей запятой отражено в способе их написания. Для компьютера это различие проявляется в способе, которым они хранятся в памяти. Давайте взглянем по очереди на оба класса данных.

Целые числа

Целое число — это число без дробной части. В языке С целое число никогда не записывается с десятичной точкой, например, 2, -23 и 2456. Числа наподобие 3.14, 0.22 и 2.000 целыми не являются. Целые числа хранятся в двоичной форме. Например, целое число 7 записывается в двоичной форме как 111. Следовательно, чтобы сохранить это число в 8-битном байте, нужно просто установить первые 5 битов в 0, а последние три бита — в 1 (рис. 3.2).

Данные в языке С

Числа с плавающей запятой

Число с плавающей запятой более или менее соответствует тому, что математики называют вещественным числам. К вещественным числам относятся числа, находящиеся в промежутках между целыми числами. Примерами чисел с плавающей запятой могут служить 2.75, 3.16Е7, 7.00 и 2е-8. Обратите внимание, что добавление десятичной точки превращает целое число в число с плавающей запятой. Таким образом, 7 имеет целочисленный тип, но 7.00 — тип с плавающей запятой. Очевидно, что существует более одной формы записи числа с плавающей запятой. Более подробно экспоненциальную форму записи чисел мы обсудим позже, но если кратко, то запись 3.16Е7 означает, что число 3.16 необходимо умножить на 10 7, т.е. на число, состоящее из единицы с последующими семью нулями. Число 7 называется порядкам числа 10.

Ключевым моментом здесь является то, что схема, используемая для хранения числа с плавающей запятой, отличается от схемы, которая применяется для хранения целого числа. Число с плавающей запятой разделяется на дробную часть и порядок, которые хранятся отдельно. Таким образом, 7.00 будет храниться в памяти не в том виде, в каком хранится целое число 7, хотя оба они имеют одно и то же значение. Десятичным аналогом записи 7.00 может быть 0.7Е1. Здесь 0.7 — дробная часть числа, а 1 — порядок. На рис. 3.3 показан еще один пример хранения числа с плавающей запятой. Разумеется, для хранения компьютер использует двоичные числа и степени 2, а не степени 10. Дополнительный материал по этой теме вы найдете в главе 15. А теперь сосредоточим внимание на практических различиях.

• Целое число не имеет дробной части; число с плавающей запятой может иметь дробную часть.

• Диапазон допустимых значений у чисел с плавающей запятой гораздо шире диапазона допустимых значений у целых чисел. Загляните в табл. 3.3, приведенную ближе к концу главы.

• При выполнении некоторых арифметических операций с плавающей запятой, таких как вычитание одного большого числа из другого, возможна значительная потеря точности.

• Поскольку в любом диапазоне чисел имеется бесконечное количество вещественных чисел, например, в диапазоне между 1.0 и 2.0, применяемые в компьютере числа с плавающей запятой не могут представить все числа этого диапазона. Числа с плавающей запятой часто являются приближениями настоящих значений. Например, 7.0 может быть сохранено как значение с плавающей запятой 6.99999 (вопросы точности более подробно рассматриваются позже).